Agrárágazat főoldal   Agrárágazat 2007 November






Tartalomjegyzék Növekvő Fendt eladások Zöldre piros Utolsó lap

Traktorok kiválasztási szempontjai X.

Traktorok energiamérlege és hatékony üzemeltetés

A traktorok belsőégésű energiaforrása a motor. A motorba bekerülő teljesítményt effektív teljesítménynek nevezzük. A traktor által kifejtett a vonóerőből és a haladási sebességből számolt teljesítmény az ún. vontatási teljesítmény a traktor hasznos teljesítménye. A motor- és a vontatási teljesítménykülönbség a veszteségeket határozza meg.




 

 

 

 

 Ha a hidraulikus vagy a TLT hajtást, mint energiaközvetítést is használják a rendszerben, akkor ez is a hasznos teljesítmények kategóriájába tartozik. Ilyen egységek lehetnek a különböző munkagépek a hidraulikus vagy a TLT hajtásai.

 

A traktor hasznos teljesítménye leegyszerűsítve a vontatási teljesítményt adják. Adott vontatási teljesítményhez meghatározott motorteljesítmény tartozik. A kettő különbsége a veszteségeket adja. A veszteségek sorában a legjelentősebb az erőátviteli szerkezet elemein a fellépő súrlódás eredményeként ébred. Ezt erőátviteli, vagy áttételi teljesítményveszteségnek nevezzük (Pátt). Veszteség lép fel a járószerkezetnél is. A járószerkezet csúszása miatt fellépő veszteséget csúszási (Pcs), míg a gördülési ellenállás következtében fellépő veszteséget értelemszerűen gördülési (Pg) veszteségnek nevezzük. Az utóbbira használatos az önvontatási ellenállás veszteség elnevezés is. Ha a traktor lejtős területen dolgozik, az emelkedő legyőzése további energiaráfordítást igényel. Ez a gyakorlatban az emelkedési teljesítmény (Pem). Mivel üzem közben a traktor általában folyamatosan változó menetsebességgel halad, így gyorsulások lépnek fel, ami további teljesítményigényt jelent (Pgy). Mindezeken túl a motorteljesítmény hidraulikus teljesítményként történő hasznosítása illetve a szervóhajtások működtetése során hidraulikus teljesítményveszteségek (Ph) is fellépnek.

A traktor teljesítménymérlege az előzőek alapján a következő alakban írható:

Pe = Phasznos + Pveszt

A hasznos teljesítmény:

Phasznos= Pv + PTLT + Phidr + Pszervo

A teljesítményveszteség a következő összefüggéssel adható meg:

Pveszt = Pátt + Pg + Pcs + Pem + Pgy + Ph

Adott hasznos teljesítményhez meghatározott motorteljesítmény tartozik. Ez a motorteljesítmény azonban nem törvényszerűen azonos a motor névleges teljesítményével (Pnévl). A motor névleges teljesítményét általában úgy választják meg, hogy a hasznos teljesítményen túl – az átmeneti terhelésnövekedések leküzdésére – további teljesítmény, tartalék (Pt) is rendelkezésre álljon. Így a motor névleges teljesítménye:

Pnévl = Phasznos + Pveszt + Pt

Rendszerint csak a nagy vonóerőt igénylő munkáknál, a teljesítményelágaztatások igénybevételénél, azaz a hasznos teljesítményféleségek közül két- vagy többféle egyidejű alkalmazása esetén áll elő az a helyzet, hogy a teljesítménytartalék a nullához közelít, azaz a motorteljesítmény-kihasználás eléri vagy megközelíti a 100%-ot. A motorteljesítmény kihasználását általában a teljesítmény-kihasználási tényezővel adják meg, ill. veszik figyelembe. A teljesítmény-kihasználási tényező a motor pillanatnyi teljesítményének és az effektív teljesítmény maximális értékének hányadosaként származtatható.

Veszteségek a traktornál

Az áttételi veszteségek az erőátviteli szerkezeten belül (tengelykapcsoló, sebességváltó, differenciálmű, véglehajtás stb.) jelentkező súrlódás, legördülés hatására ébrednek. Az erőátviteli veszteségek mértéke pontosan méréssel határozható meg. Ennek hiányában az erőátvitelben résztvevő gépelemek (fogaskerékpár, tengelykapcsoló stb.) jellemző veszteségeit kell figyelembe venni az erőátviteli rendszer veszteségeinek ill. hatásfokának meghatározása során. Természetesen minden esetben mérlegelni kell a megmunkálás, a szerelés pontosságát és igényességét. Az erőátviteli rendszerben résztvevő gépelemek, részegységek veszteségeit általában a hatásfokukkal szokás jellemezni.

A gördülési ellenállás legyőzéséhez szükséges teljesítmény a traktor első és hátsó kerekeinél jelentkezik. A teljesítménymérlegben szereplő gördülési ellenállás vizsgálatánál meg kell különböztetni a hajtott és a nem hajtott (tolt) kerekeket. Egy hátsókerék-hajtású traktornál tehát eltérő módon kell az első és a hátsó tengelyre szerelt kerekek gördülési ellenállás okozta veszteségeit meghatározni, szemben az összkerékhajtású erőgépekkel.

A kerekek csúszási teljesítményvesztesége a csúszást kiváltó erő és az erő hatásvonalában jelentkező csúszási sebesség szorzataként határozható meg illetve a kerékteljesítmény ismeretében a szlip (kerékcsúszás) és a kerékteljesítmény szorzataként is meghatározható. A csúszást kiváltó erő tolt keréknél a gördülési ellenállás (Fg), hajtott keréknél a kerék kerületén kifejtett erő (Fk). A csúszásból származó sebességveszteség (vcs) meghatározásához ismerni kell a szlip (δ) mértékét. A szlip a jármű kereke és a kerék feltámasztási felülete közötti érintkezési felületen létrejövő, a haladási irányba ható relatív elmozdulás:

.

A szlipet gyakorlatban méréssel határozzák meg. Mérik a tiszta, csúszásmentes körülmények között megtett utat (s0) vagy az ez alatt megtett kerékfordulatot (n0) ill. a tényleges utat (s) vagy kerékfordulatot (n). Az olyan deformálódó (flexibilis) gördülő kerekek esetén, mint amilyen a gumiabroncs is, nehezen definiálható a „0” szlip (azaz a csúszásmentes állapot). A problémát az okozza, hogy a jármű mozgása közben mindig van bizonyos mértékű relatív elmozdulás az érintkező felületeken. A nulla szlip értékét a gyakorlat számára megfelelő pontossággal az önvontatással haladó és a vontatott traktor adott, n kerékfordulatai által megtett s1 és s2 útból határozzák meg, ahol

.

Az emelkedési veszteség az emelkedő nagyságától, a traktor és a vontatmány összes tengelyterhelésétől (G=m∙g) és a haladási sebességtől (v) függ. Terepviszonyok között az emelkedőt célszerű annak lejtési szögével (α) figyelembe venni, míg közúton inkább az emelkedést (e) adják meg és annak értékével végzik el a számításokat:

Pem=G∙v∙sin α.

A gyorsítási ellenállás ill. az abból származó gyorsítási teljesítményveszteség traktorok esetében nem meghatározó paraméter. Ennek magyarázata elsősorban abban rejlik, hogy – az esetenként igen tekintélyes mértéke ellenére – a traktortömeg felgyorsítása nem teljes vonóerő-kifejtés mellett megy végbe, továbbá egyéb teljesítménytartalékok is rendelkezésre állnak.

Az energiaátviteli rendszer hatásfoka

A traktor, ill. a traktoros gépcsoport működésének egyik legfontosabb értékmérője az energiaátvitel hatásfoka, a bevezetett energia megoszlása, a veszteségek mértéke és természetesen annak okai. A traktor (traktoros gépcsoport) összhatásfoka (ηösszes) az összes hasznos teljesítmény (Phasznos = Pv + PTLT + Phidr + Pszervo) és a hozzá tartozó effektív motorteljesítmény hányadosával fejezhető ki:

.

Amennyiben a traktorba épített motor teljesítménye tisztán vontatási teljesítményként hasznosul, a vontatási hatásfok a vontatási teljesítménnyel számolható:

.

A vontatási hatásfok az erőátviteli hatásfok (ηev) és a járószerkezeti hatásfok (ηjsz) szorzataként is értelmezhető:

ηv= ηev ηjsz.

Az áttételi, vagy erőátviteli hatásfok – mint már említettük – a részegységek hatásfokainak szorzataként vagy a tengelyteljesítmény és a motor effektív teljesítményének hányadosaként is származtatható:

A járószerkezeti hatásfokot a vontatási teljesítmény és a tengelyteljesítmény ismeretében, azok hányadosaként határozzuk meg:

A teljesítménymérleg szerkesztésekor minden esetben a vontatási teljesítményből kell kiindulni. Ehhez kell hozzáadni a csúszási teljesítményveszteséget (Pcs), a gördülési ellenállás veszteségeit (Pg) az áttételi veszteséget (Pátt) és a teljesítménytartalékot (Pt).

Amennyiben meg kívánjuk határozni, hogy a rendelkezésre álló motorteljesítményt milyen mértékben lehetett kihasználni, ilyenkor a vontatási teljesítményt el kell osztanunk a rendelkezésre álló névleges motorteljesítménnyel. A kapott hányados a teljesítmény-kihasználási tényező:

A traktorok energiamérlege

A traktor teljesítménymérlege két részből tevődik össze. Egyik rész, amikor az adott haladási sebességnél a kifejtendő vonóerő motorteljesítmény-igénye kisebb a névleges motorteljesítmény értéknél, ekkor a hasznos vonóerő nem változik. A másik rész, ha a motor teljesítménye eléri a névleges értéket, azonban a haladási sebesség további növelése már a vonóerő csökkenését okozza.

A vonóerő és a haladási sebesség megválasztása elsősorban az alkalmazott művelési mód, illetve technológia függvénye, de azzal az energiahasznosulás mértékét is befolyásoljuk. A traktort, illetve a traktoros gépcsoportot üzemeltetőnek ismernie kell a vonóerő, a haladási sebesség és a motor teljesítménye közötti összefüggéseket. a vonóerő és a haladási sebesség közötti összefüggést legjobban az ún. menetjelleggörbe segítségével adhatjuk meg.

Traktorüzemben követelmény, hogy a sebesség közel állandó legyen vagy alig változzon, miközben a vonóerő tág határok között változhat. A járművek és erőgépek vonóerő-kifejtését kis sebességeknél a tapadási vagy más néven az adhéziós határ, magasabb sebességfokozatban a motor teljesítménye korlátozza.

A traktor vontatási jelleggörbéjén az optimális vontatási teljesítményhez tartozó vonóerő a legkisebb sebességfokozatnál a legnagyobb. A magasabb fokozatokban a vonóerő fokozatosan csökken, a vontatási hatásfok pedig javul. Egy, a saját tömegéhez viszonyítottan kis motorteljesítményű erőgép a magasabb sebességfokozatokban csak kisebb vonóerő kifejtésére képes, mert a mérsékelt motorteljesítmény viszonylag nagy hányadát elemészti a traktor önvontatásához szükséges teljesítményigény. Ha pedig nagyon kicsi a traktorba épített motor teljesítménye előfordulhat, hogy a motor lefullad, mielőtt a traktor elérné az egyébként adhéziós szempontból elérhető maximális vonóerejét. Ugyanakkor, ha a traktormotor teljesítménye a traktor tömegéhez képest elegendően nagy, akkor lehetséges, hogy minden sebességfokozatban a technológia megkívánta művelési sebesség mellett is a kellő motorteljesítmény rendelkezésre álljon. Ebben az esetben biztosítható az optimális vonóerő-kifejtés.

A maximális vonóerő nemcsak a legalacsonyabb, hanem néhány magasabb fokozatban is kifejthető. Ilyen esetben a vonóerő-kifejtés szempontjából a traktort adhéziósan határoltnak nevezhetjük, azaz a traktor teljesítőképességét a talaj és a traktor adhéziós kapcsolata határozza meg. A motor teljesítménytartaléka nagyobb sebességnél is biztosítja a maximális vonóerő kifejtését (azaz a motor a maximális vontatási teljesítmény értéknél is a szabályozott ágon üzemel). Amint azonban a sebesség növekedésével a vele egyenes arányban növekvő vontatási teljesítményhez tartozó effektív motorteljesítmény eléri az adott esetben rendelkezésre álló névleges motorteljesítmény értékét, a vonóerő nagyságát már nem a traktor, hanem a motor névleges teljesítménye fogja meghatározni – motorteljesítmény-határolt üzemállapot jön létre. Az üzemeltetés közben fellépő esetleges túlterhelés hatására a motor jelleggörbén a munkapont a szabad ágra fog áthelyeződni, ami mint már említettük jelentős mértékű sebességcsökkenést okozhat. Ha a munkapont a maximális nyomaték helyét is meghaladja, a motor lefulladhat.

A hatékony üzemeltetés jellemzői

Az elmúlt évtizedekben a traktorok funkciója is jelentős mértékben átértékelődött, mivel az egyszerűen vontatásra használt gépek napjainkra egyértelműen univerzális erőgéppé alakult. A „csak” vontatást felváltotta a meghajtó-működtető-üzemeltető szemlélet. A gépek könnyű felépítésük és számos kiegészítő felszerelésük miatt – hajtott és rugózott mellső tengely, finom elosztású automatizált váltómű, fronthidraulika és TLT – alkalmassá váltak az olyan kisebb vonóerő-terhelést igénylő munkák ellátására, amelyek az erőgép mozgékonyságát, gyorsaságát valamint sokoldalúságát igénylik.

Sokszor elmosódik a határ a haszonjárművek, a speciális célgépek, az erőgéppel egyesített munkagépek és a traktorok között. A ma használatos korszerű traktormotoroknál elvárásként jelentkezik az állandó teljesítmény és nem újdonság a két teljesítményszint alkalmazása sem, s így egyre gazdaságosabb erőforrásként szolgálnak

A mezőgazdasási traktorok alkalmazásuk során a munkagéppel összekapcsolva egy traktor-munkagépegységet képez. Ebben a gépegység csoportban a traktor az energiaszolgáltató, a munkagép a fogyasztó szerepét tölti be. Mind a traktor, mind a munkagép rendelkezik üzemi jellemzőkkel és összekapcsolásuk ezért ezek alapján munkapontjuk meghatározható. Mint minden más esetben, a traktor-munkagép esetében is a művelet gazdaságossága, termelékenysége, döntő mértékben függ a munkapont helyétől. A traktor és munkagép esetén a munkapont meghatározása igen nagy volumenű munkát jelentenek, hiszen a mérendő traktor és munkagép-variációk száma több száz.

A gazdaságos üzemeltetés megköveteli a téma ismertetését, mivel a traktor munkagép-variációk száma egyre nő, s a nem megfelelő üzemeltetés jelentős veszteségeket okoz az üzemeltetőknek, és jelentős terhet ró a környezetre is.

A traktorok, és munkagépek összhangját azok alapvető feladatiból kiindulva több oldalról lehet tehát megvizsgálni. Így

-         konstrukciós,

-         ergonómiai,

-         energetikai, és

-         üzemeltetési szempontokat is számításba kell venni.

A traktoros gépcsoport üzemeltetésekor a maximális teljesítmény (területteljesítmény, szállítási teljesítmény, stb.) és az agrotechnikailag optimális munkasebesség biztosítása mellett fő feladat, a minimális költségráfordítás és fajlagos hajtóanyag-felhasználás elérése. Ehhez megfelelő összhangot kell biztosítani a motor és az erőátviteli rendszer jellemzői illetve azok üzemi pontjai között.

A traktor üzemeltetése közben mind a traktormotorra, mind a traktor erőátviteli szerkezetére változó jellegű terhelés hat. Fékpadi kísérletekkel bizonyított, hogy a nagy frekvenciájú terhelésváltozások hatást gyakorolnak a motor munkájára. Mérési eredményeink igazolják, hogy a nyomatékváltozás okozta fordulatszám ingadozás csökkenti a motor teljesítményét, és növeli a fajlagos fogyasztást. A traktor, mint energiaforrás a gépcsoporton belül önmagában jellemezhető. A vizsgálathoz azonban célszerű a traktort különböző szempontból vizsgálat tárgyává tenni azért, hogy látható legyen a traktor különféle részegségeinek, jellemzőinek összhangja illetve azok egymásra hatása, mivel az eredő vontatási jelleggörbék, jellemzők, a részegységek egymásra hatása folytán jönnek létre.

A traktor-munkagép kapcsolat energetikai kérdéseit tekintve, az aggregát semmiben sem különbözik más olyan egységtől, ahol energiaforrás és fogyasztó összekapcsolása történik. A traktor a gépkapcsolatokon belül az energiaforrás, a munkagép, pedig a fogyasztó. Az erőgépvizsgálatokat és a munkagépes vizsgálatok egységesítésére nagy erőfeszítéseket tettek, nemzetközi szabványokat sikerült elfogadtatni és bevezettetni. Az egyszerű gépvizsgálat, ahol egy traktort illetve egy munkagépet a teljesítmény illetve a teljesítményigény szempontjából is mérnek, az első és egyben egyik legfontosabb lépese az energialeadó illetve a fogyasztó összehangolásának. A további lépést azt jelenti, amikor a mérést traktor-munkagép gépcsoportra vonatkozóan végzik el. Az ilyen jellegű mérések is elég általánosak, szokásosak. A probléma itt csupán az, hogy az üzemi körülményeket tekintve, a méréseket általában igen kevés variációra végzik el s ezért csekély az általánossági érvényük. Ahhoz, hogy egy traktor és a hozzá potenciálisan rendelkezésre álló munkagéppark összehangoltságát megítélhessük, tulajdonképpen az lenne szükséges, hogy a traktort valamennyi számba vehető géppel együtt mérjük, az energiafelhasználás összes körülményeinek figyelembevételével.

Napjainkban, a traktorokban alkalmaznak elektrohidraulikus vezérlésű, terhelés alatt kapcsolható hajtóművek mellett már fokozatnélküli hajtóművek is, amelyek alkalmazása a mezőgazdaság számára sok előnnyel járhat. Ez késztetett minket arra, hogy megvizsgáljunk és konkrét, mért értékekkel támasszuk alá az egyes hajtóműtípusok alkalmazási előnyeit illetve a belsőégésű erőforrások munkapontjainak alakulását.

A műszaki és gazdasági szempontokat figyelembevéve a mezőgazdasági termelést folytató vállalkozások számára azok az erőgépek nyújtják a legnagyobb hatékonyságot, melyek elősegítik a nagyobb jövedelem realizálását hosszabb távon is. Ennek eldöntésére mindenkinek, aki traktorokat üzemeltet, ki kell választani azt a számára megfelelő erőgép gyártót, melynek erőgép típusai alapján megvásárolhatók azok az erőgépek, melyek műszaki, agrotechnikai és gazdaságossági szempontok alapján megfelelnek a gazdálkodó által támasztott igényeknek. Természetesen az adott erőgép típusának kiválasztása nem egyszerű feladat még gyakorlott szakemberek számára sem. Napjainkra számos erőgép rendelkezik mindazon kiegészítő felszerelésekkel, amelyek egy-egy vállalkozás számára igényként jelentkezik a traktorok kínálati piacán.

Az utóbbi évek agrárpolitikája csaknem minden európai országban az üzemi méretek racionalizálásához vezetett, kényszerítve a gazdálkodókat arra, hogy nagyobb teljesítményű mezőgazdasági gépeket használjanak illetve azokat jobban kihasználják. A traktorok megengedett haladási sebessége – az utóbbi évtizedekben – 25 km/h-ról 50 km/h-ra (egyes típusoknál már 80 km/h) növekedett, míg a járművek össztömege meg is duplázódott. Ennek eredménye, hogy megnőtt a traktorok haladási sebessége és üzemóra kihasználása, ami viszont a jármű rezgéséből adódóan nagyobb fizikai és pszichikai megterhelést is jelent a gépkezelők számára. A traktorokon keletkező rezgések egyrészt a közúti közlekedés biztonságára (fékhatás-fékút, kormányozhatóság) hatnak, másrészt az emberi egészségre ártalmasak.

Az erőgépek újdonságai között szinte minden területen (pl. motorfejlesztések, erőátviteli rendszer, járószerkezet, vezérlés és elektrotechnika, stb.) megjelentek olyan újdonságok, melyek korszerűsödése a hatékonyabb üzemeltetés, a műszaki paraméterek növekedésén túl a vezető komfort fokozatát is növelik munkavégzés során. Megjelentek a teljes rugózású vezetőfülkével valamint a teljes rugózási rendszerrel rendelkező traktorok. Például, ez a műszaki megoldás nemcsak egyszerűbb, hanem a sorozatban gyártott traktorok (választható felszerelésként) egyszerűen felszerelhetők velük.

A korszerű, fejlesztési irányokat is magukba foglaló erőgépeknél felmerül a kérdés:

Mit is várhatunk egy-egy technikai újdonságtól?

A válaszok több irányú megközelítést tesznek lehetővé, melyek közül néhány jellemző a következő lehet:

-         nagyobb utazási biztonságot a magasabb haladási sebességtartományokban (pl. szállítás területén);

-         kényelmesebb munkahely a vezetőülésben, s ezzel a munkakomfort növekedését;

-         a technikai újdonság – főleg hosszabb távon, a traktor élettartam ideje alatt – kimutathatóan növeli a termelékenységet;

-         nagyobb vontatási teljesítmény, ami magasabb területteljesítményben jelentkezik;

-         kíméletesebb járószerkezet-talaj kapcsolatot, ami közvetve kihat a munkavégzés minőségére is;

-         magasabb terhelések esetén kedvezőbb fajlagos energetikai mutatók jellemzik az üzemeltetést, stb.

Felhasznált források:

  1. Dr. Szente M.-Dr. Vas A.: Mezőgazdasági traktorok elmélete és szerkezete. MGI könyvek 2. 2004.
  2. Dr. Szente M.: A segédelsőkerék-hajtású traktorok vonóerő kifejtő képességének vizsgálata, Doktori értekezés, Gödöllő, 2003.
  3. Renius, K. T.: Traktoren: Technik und ihre Anwendung. DLG Verlag, München, 1985.

 

Bánszki Pál – Kassai Zsolt

FVM MGI








Hirdessen itt! A szükséges információkat elolvashatja, ha erre a szövegre kattint.


A fenti dokumentummal kapcsolatos felelősség meghatározása

Agagrárágazat Archívum, év/hónap
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12
11 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 10
10 09 09 10 10 10 08 10 10 10 09
08 08 09 09 08 06 09 09 09 09 08
06 06 08 08 06 05 08 08 08 08 07
05 05 06 06 05 04 06 06 06 06
04 04 05 05 04 03 05 05 05 05 05
03 03 04 04 03 02 04 04 04 04 04
02 01 03 03 02 03 03 03 03 03
01 02 02 02 02 02 02 02
01 01 01 01 01